7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性-2021-2022学年高中物理同步训练讲义（人教版2019必修第二册）（原卷版）
第七章 万有引力与宇宙航行
7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
【知识梳理】
一、相对论时空观
1.19 世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的
传播速度等于光速 c.
2.1887 年迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明：在不同的参考系中，光的传播速度
都是一样的！这与牛顿力学中不同参考系之间的速度变换关系不符(填“相符”或“不
符”).
3.爱因斯坦假设：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；真空中的光速在
不同的惯性参考系中大小都是相同的.
4.时间延缓效应
(1)如果相对于地面以 v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作
的时间间隔为 Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为 Δt，那
么两者之间的关系是 Δt＝.
(2)Δt与Δτ的关系总有 Δ t ＞ Δ τ ，即物理过程的快慢(时间进程)与运动状态有关.(填“有关”
或“无关”)
5.长度收缩效应：
(1)如果与杆相对静止的人测得杆长是 l0，沿着杆的方向，以 v相对杆运动的人测得杆长是
l，那么两者之间的关系是 l＝l0.
(2)l与l0的关系总有 l ＜ l 0，即运动物体的长度(空间距离)跟物体的运动状态有关.(填“无
关”或“有关”)
二、牛顿力学的成就与局限性
1.牛顿力学的成就：牛顿力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律的建立与应用更是确
立了人们对牛顿力学的尊敬.
2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是 低速(填“高速”或“低速”)运动的宏观(填
“宏观”或“微观”)物体.
(1)当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同.
(2)电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明.
3.牛顿力学不会被新的科学成就所否定，当物体运动的速度远小于光速
c
时，相对论物理
学与牛顿力学的结论没有区别.
【基础小练】
1.判断下列说法的正误.
(1)运动的时钟显示的时间变慢，高速飞行的 μ子的寿命变长.( )
(2)沿着杆的方向，相对于观察者运动的杆的长度变短.( )
(3)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了.( )
(4)洲际导弹的速度可达到 6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用.( )
(5)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了.( )
(6)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用.( )
2.以约 8 km/s 的速度运行的飞船上，一只完好的手表走过 1 h，地面上的时钟显示的时间__
______(填“大于”“等于”或“小于”)1 h.
【能力提升】
一、相对论时空观
导学探究
地球绕太阳公转的速度是 3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器
可以把电子加速到 0.999 999 999 987 倍光速的速度，请思考：
(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度属于
低速还是高速？
(2)在地面上校准的两只钟，一只留在地面上，一只随宇宙飞船遨游太空，隔一段时间飞船
返回地面时，两只钟显示的时间相同吗？有什么差别？
知识深化
1.低速与高速
(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等
物体皆为低速运动物体.
(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.
2.相对论的两个效应
(1)时间延缓效应：运动时钟会变慢，即 Δt＝.
(2)长度收缩效应：运动长度会收缩，即 l＝l0.
3.对于低速运动的物体，相对论效应可以忽略不计，一般用经典力学规律来处理；对于高
速运动问题，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理.
在静止坐标系中的正立方体边长为 l0，另一坐标系以相对速度 v平行于正立方体的
一边运动.问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
物体静止长度 l0和运动长度 l之间的关系为 l＝l0
相对于地面以速度 v运动的物体，从地面上看：
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